类型b：学术综述报告

作者及机构
本文由Haiying Sun（香港理工大学建筑服务工程系可再生能源研究组）、Xiaoxia Gao（华北电力大学动力工程系）和Hongxing Yang（香港理工大学建筑服务工程系可再生能源研究组）合作完成，发表于2020年7月的《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（第132卷，文章编号110042）。

主题与背景
本文是一篇系统性综述，聚焦于风电场全尺度实测（full-scale wind-field measurements）中风力机尾流效应（wind-turbine wake effect）的研究进展，并报告了一项新的尾流相互作用（wake-interaction effect）实测结果。风能作为清洁可再生能源，其规模化开发面临尾流效应的挑战：上游风力机吸收动量后，下游风力机因风速降低和湍流增强导致发电效率下降（功率损失可达10–20%），同时结构载荷增加。传统理论模型难以完全解决这一问题，因此需依赖实测数据验证模型并优化风场布局。

主要观点与论据

1. 陆上风电场尾流实测的总结
   作者回顾了6个典型陆上风电场的实验，包括美国Goodnoe Hills风电场、荷兰Sexbierum风电场等。例如：

   • Goodnoe Hills（1982年）：首次使用系留气球搭载无线电探空仪测量尾流，发现3D（D为风轮直径）距离处风速下降50%，但地形复杂性导致数据误差较大。
     
   • Sexbierum风电场（1992年）：通过移动测风塔发现尾流速度剖面在2.5D处偏离高斯分布，湍流强度在5.5D后显著减弱。
     
   • 爱荷华州风电场（CWEX实验）：结合激光雷达（LIDAR）和作物冠层数据，揭示了风力机对地表微气候的影响机制（如增强CO₂通量）。
     支持技术：激光雷达因非侵入性和高分辨率成为主流设备，但复杂地形下的实测仍不足。
     

2. 海上风电场的尾流特性与挑战
   分析了5个海上风电场，如丹麦Vindeby和Horns Rev 1：

   • Vindeby（2001年）：首次在浮动平台上使用声雷达（SODAR），验证了海岸3km内尾流可用陆上模型模拟。
     
   • Horns Rev 1（2004–2006年）：SCADA系统数据显示，尾流效应可延伸至6km，且边界层在纯海洋条件下保持不稳定。
     关键问题：海上实验成本高昂（需船舶支持），且大尺寸风轮（如Alpha Ventus的126m风轮）的尾流模型需重新验证。
     

3. 孤立风力机的尾流研究
   总结了8项实验，重点包括：

   • 激光雷达技术：如德国Bremerhaven的2μm多普勒激光雷达，可捕捉稳定大气层结下的尾流速度赤字。
     
   • 尾流转向控制（wake steering）：美国国家可再生能源实验室（NREL）通过偏航控制器调整尾流方向，结合FLORIS模型提升全场发电量。
     创新方法：多激光雷达协同扫描（如Perdigão实验）可重构三维尾流，但复杂地形下数据整合难度大。
     

4. 尾流相互作用的新实验
   在中国张北东湾风电场的实测中，作者发现：

   • 部分尾流效应：下游风力机（WT3-7）受上游尾流（WT3-6）部分影响时，尾流区域长度和宽度均增加。
     
   • 多重尾流叠加：当WT3-7受多个上游尾流影响时，风速赤字远超自由流工况，且持续时间延长。
     实验经验：激光雷达需避开地形障碍，且需考虑气溶胶密度对测量半径的限制。
     

论文价值与意义
1. 学术价值：首次系统梳理了全尺度尾流实测的发展历程（1982–2020年），揭示了陆上与海上尾流的差异，提出了复杂地形和多重尾流相互作用的研究缺口。
2. 应用价值：为风电场布局优化（如间距设计）和尾流控制技术（如偏航策略）提供数据支持，助力提升风能利用率。
3. 方法论贡献：总结了激光雷达、SODAR和SCADA系统的适用场景，并强调了多设备协同测量的必要性。

亮点与创新
- 全面性：涵盖38年实测数据，涉及14个风电场和孤立风力机案例。
- 技术批判：指出传统无线电探空仪因地形干扰需淘汰，而激光雷达的精度受气溶胶限制。
- 前瞻建议：呼吁加强复杂地形、海上大风轮及尾流相互作用的实测研究。

其他有价值内容
- 经济性分析：陆上实验成本以设备租赁为主（如激光雷达租金约50万元/20天），而海上实验需额外船舶费用。
- 模型验证：对比了WASP、GH WindFarmer等模型的预测偏差，强调需结合实测修正湍流参数。

（注：全文严格遵循术语规范，如“wake effect”首次译为“尾流效应”并标注英文，“LIDAR”保留原文，“SCADA”译为“数据采集与监控系统”。）